2016年3月31日 星期四

計算尺的故事


最近突然對一種名為"飛行電腦 (Flight Computer)" 產生興趣; 參考互聯網得出以下資料:

算尺(slide rule),或计算尺,即对数计算尺,是一种模擬計算機,通常由三个互相锁定的有刻度的长条和一个滑动窗口(称为游标)组成。在1970年代之前使用广泛,之后被电子计算器所取代,成为过时技术。

查计算尺发明于大约1620–1630年,在約翰·納皮爾对数概念发表后不久。牛津的埃德蒙·甘特(Edmund Gunter)发明了一种使用单个对数刻度的计算工具,当和另外的测量工具配合使用时,可以用来做乘除法。1630年,剑桥的威廉·欧垂发明了圆算尺,1632年,他组合两把甘特式计算尺,用手合起来成为可以视为现代的计算尺的设备。和与他同时代的牛顿一样,欧垂将他的想法私下传授给他的学生,却延迟发表它们,也和牛顿一样,他卷入了发明优先权的纠纷,是和他曾经的学生Richard Delamain。欧垂的想法只在他学生William Forster在1632和1653年的出版物中公开过。

1722年,Warner引入了2-和3-十进刻度,1755年Everard导入倒数刻度;包含所有这些刻度的算尺通常称为“多相”算尺。

更现代的形式是由法国炮兵中尉Amédée Mannheim于1859年引入,“他很幸运,因为他的算尺由全国闻名的公司制作并被法国炮兵采用。”大约也就是在那个时间,随着工程成为受到承认的一种职业活动,算尺在欧洲开始广泛使用。直到Edwin Thacher在那里引入了圆算尺,算尺才变得普遍起来。双工尺于1891年由William Cox发明,由纽约的Keuffel&Esser公司生产。

第二次世界大战中,需要进行快速计算的投弹者和航行者经常使用专用算尺。美国海军的一个办公室实际上设计了一个通用算尺“底盘”,它由一个铝主体和塑料游标,可以把赛璐珞卡片(两面印刷)插到里面以进行特定的计算。这个过程被发明来用于计算射程,燃料使用和飞行器高度,然后用于很多目的。参与曼哈顿计划的原子物理学家恩里科·费米就常随身携带一把计算尺。费米在当时基础科学落后的意大利长大,靠自学掌握了难度很大的量子物理学与广义相对论知识,是20世纪少见的在实验物理学与理论物理学都做出过巨大成就的科学家。

从1950年代到1960年代,计算尺是工程师身份的象征,如同显微镜代表了医学行业一样。列举一则轶事:德国火箭专家沃纳·冯·布劳恩,在二战后到美国从事航天计划工作时随身带了两把三十年代的老式“Nestler”算尺。终其一生,他没有用过任何其他袖珍计算仪器;显然计算尺在他进行火箭设计的参数估算,和其他计算中,完美的完成任务。

有些工程系的学生和工程师常把10-英寸算尺别在皮带上,或者把一把10-或20-英寸算尺安放在家中或办公室里做精确运算用(当然,再精确运算,计算尺就不行了,需要一本厚厚的八位对数表),而随身携带一把5-英寸袖珍算尺。所有这一切在1970年代告终,因为微型计算器顿使算尺过时。袖珍科学计算器(即带有三角和对数函数的计算器)的诞生为计算尺敲响了最后的丧钟。

中国历史上最早使用计算尺的是康熙皇帝,他使用的是一把象牙制的甘特式计算尺,当时称为假数尺。康熙时代的假数尺有四种类型:假数尺、正弦假数尺、切线假数尺、割线假数尺。故宫博物院现藏多把康熙御制的铜质和象牙假数尺。

70年代以前中国的理工科学生,人手一把,是必不可少的计算工具。上海计算尺厂制造的“矢量自然对数计算尺”是仿 Keuffel & Esser式的,另有一型短计算尺则是仿德国 Faber-Castell,制造精确美观。KE型计算尺不带厘米、毫米刻度;德国Faber-Castell计算尺的优点是带厘米、毫米刻度尺,既可用于计算,又可用于划线制图。

另外還有一種專門給航空人士使用的計算尺 E6-B:

E6-B 领航计算尺,外号“飕飕轮”,是一种在航空时使用的圆形计算尺 (a circular slide rule first created in the 1930s for aircraft pilots to help with dead reckoning.)。

通常情况下,它都在飞行训练的时候被使用。不过很多专业飞行员,甚至在航空公司工作的飞行员依然携带并使用这种领航计算尺。这种领航计算尺可以在制作飞行计划(或者在地面等待起飞)的时候,帮助计算消耗油量、航行速度三角形、航行时间以及其他参数。这把计算尺的正面用作计算地速,估计消耗油量以及更新估计到达时间。背面则进行有关航行速度三角形各要素的计算。

这种计算尺原名E-6B,不过通常省去-称为E6B,或由于各种商业原因加上-。 它美国海军中尉菲利普·道尔顿在20世纪30年代改进的。而E-6B这个名字原本是美国陆军航空军的型号。

菲利普·道尔顿(1903-1​​941)毕业于康奈尔大学。早期曾加入美国陆军当了名炮兵军官,不过很快辞职,并于1931年成为海军预备役飞行员。他还是学院的时候,在一次练习螺旋飞行的时候失事死亡。他会同P. V. H. Weems一起发明、申请专利,并销售了一系列领航计算尺。

道尔顿的产品第一次流行是他1933年的B型尺,这种圆形计算尺可以让飞行员非常方便地通过高度对空速进行修正来获取真空速。在1936年他用双偏流图表反向设计制造了美国陆军航空军(USAAC)需要的E-1,E-1A和E-1B。

几年后,他发明制造了Mark VII。这个产品在军方和航空公司得到了广泛的欢迎。著名的女飞行员埃尔哈特的领航员弗雷德·努南在他的最后一次飞行中也使用了这种计算尺。道尔顿认为它是一个过于仓促的设计,想要创造更准确,更易于使用,并能够处理更高飞行速度的新型计算尺。

于是,他发明了现在鼎鼎大名的圆形风角计算尺,不过那时的产品是在一条长布带上套了一个有一个旋转圆的方框。他在1936年申请了专利(1937年被授予,专利号2,097,116)。这是的C型尺,而它的改进型D、G型则在二战中大显身手,被英联邦、美国海军广泛使用。日本人也制作了它的复制品,而德国人Siegfried Knemeyer对此进行了改进,加上了三角计算器,致使外观和后来的E6B比较类似。不过两者的不同之处在于,这个的正面是飞行时风角的实时计算。以上所说的这些都经常出现在一些收藏品网站上。

在1938年,美国陆军要求道尔顿进行一些改动,并进行了定型。这些改动包括将顶端数字由原来的60改为10。而E-6B正式进入军队是在1940年,不过之前它已经被驻守珍珠港的美国陆军航空军大量订购。而在在二战期间被使用的E-6B超过400000条。

E-6B的名字里,E-6是相当随意的,就像当时的股市代码一样随意。比如,当时其他美国陆军航空军的计算尺可能叫做C-2、D-2、D-4、E-1或G-1,甚至有一种飞行员的制式裤被命名为E-1。而B的含义简单多了,这只是一个型号罢了。

在命名为E-6B后没几年,到了1943年,陆军和海军决定统一他们的标准,于是起了个新名字AN-C-74(Army/Navy Computer 74)。一年多后又被改成AN-5835,然后是1948年的AN-5834。而空军则在1953年(MB-4)和1958年(CPU-26)两次改名。不过领航员们和大多数说明书中还是将其称作它的本名:E6-B。也有许多人称之为它曾经商标的一个:道尔顿推测领航计算尺(Dalton Dead Reckoning Computer)。

道尔顿去世后,威姆斯 ,对E-6B进行了升级,并且试着称呼这些为诸如E-6C、E-10,不过效果并不好,人们最终还是叫它原来的名字E-6B。因为这名字广为人知,大约五万的二战陆军航空军退伍领航员都这么叫。在专利失效后,许多厂商开始进入山寨的行列,比如作出一样的东西但是把名字叫做E6-B。铝版的最早是由伦敦的Plate Mfg. Co. Ltd制作的,称作“推测领航计算尺 Mk. 4A Ref. No. 6B/2645”并且出现在英国的军品店里。

猎寻计算尺的最佳去处是“跳蚤市场”,常可不期而遇地花2美元 (HKD16?) 买到保存良好的KE或Faber-Castell计算尺。不知道在今天的香港可否找到 (除了上網...)???

沒有留言: